[发明专利]空气比热容比的快速测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及物理实验技术领域，特别是空气比热容比的测量。

背景技术

空气比热容比是大学物理实验的一个经典实验，大学物理实验的特点是：要求学生在3-4学时完成多个数据的测量，上课时老师一般要讲解，学生对实验仪器熟悉要花一定的时间，留给做实验的时间大致就2-3学时，在这样短的时间完成实验，则空气容器的绝热条件就不能太严格，严格则等待绝热压缩或绝热膨胀后的气体通过散热或吸收回到室温的时间就太长，所以现在的空气比热容比的测量大多数采用的是玻璃容器。

测量上采用的是测量相同温度下，打气前和打气后回到相同温度的压强差，或者膨胀前与膨胀后回到相同温度的压强差。

玻璃容器的热交换太快，一般打气速度跟不上，无法采用绝热压缩法来测量空气比热容比；通常采用绝热膨胀法测量空气比热容比，绝热膨胀要求的放气速度要快到可以忽略，否则就会导致测量值偏小，而通常的放气时间都在1秒左右，导致测量值偏小5%-10%。

发明内容

为克服散热和吸热带来的测量值偏小，本发明采用绝热性能比较好的材料，通过测量温度来测量空气比热容比。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：假设绝热压缩或绝热膨胀的第一个状态是（P₁、V₁、T₁），、第二个状态是（P₂、V₂、T₂），空气绝热方程是

其中是空气比热容比，空气的状态方程是

 状态方程的次方与绝热方程相除，得到压强与温度的绝热关系

只需要测量两个状态的温度和压强，则可以测量空气比热容比；环境温度一般在280-310K，则压强变化10%-20%，温度变化8-16K，这个温度变化量是可以较精确测量的。

压强的测量技术是比较成熟和快捷的；对于温度的测量应该采用热电偶温度计，避免使用水银温度计以及需要有电流流过的温度传感器：热电偶测量的是电动势，可以避免电路产生热量；水银温度计需要空气传热，会带来较大温差；有电流流过的温度传感器，电路将会对空气加热带来实验误差。空气容器比较适合的材料是导热性能极差、拉伸模量极大的高密度聚氨酯塑料容器，通过测量打气前室内气压和温度值(塑料容器与室内大气相通，则温度相同)，以及测量打完气后的容器内的气压值和温度，就可以计算空气比热容比。